一种煤层气井复合串联排采装置
阅读说明：本技术 一种煤层气井复合串联排采装置 (Compound series connection row of coal bed gas well adopts device ) 是由 徐凤银 袁崇亮 王勃 张江华 云箭 姜子杰 张双源 李德慧 张永成 王平 杨赟 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤层气井复合串联排采装置,包括生产套管、双层排采套管、引导管、第一泵、第二泵、排气管和排水管,通过双层排采套管和引导管构成由第一泵、第二泵复合串联形式的二级提升系统,其中利用第一泵构成的第一级提升系统形成对排采液的二次气液分离操作,并使排采液由紊流状态转化为层流状态,提高气液分离效率,之后再由第二泵对层流状态的排采液进行第二级提升输出,从而大大降低排采液中气体的含量,极大改善煤层气井的排水效率,有效解决抽采泵效低及不出水的问题,进而获得抽采井稳定连续抽采以及气产量持续高产的有益技术效果。(The invention discloses a composite series-connection drainage and production device for a coal-bed gas well, which comprises a production casing, a double-layer drainage and production casing, a guide pipe, a first pump, a second pump, an exhaust pipe and a drain pipe, wherein a two-stage lifting system in a composite series-connection form of the first pump and the second pump is formed by the double-layer drainage and production casing and the guide pipe, the first-stage lifting system formed by the first pump is used for forming secondary gas-liquid separation operation on drainage and production liquid, the drainage and production liquid is converted into a laminar flow state from a turbulent flow state, the gas-liquid separation efficiency is improved, and then the second-stage lifting output is carried out on the drainage and production liquid in the laminar flow state by the second pump, so that the content of gas in the drainage and production liquid is greatly reduced, the drainage efficiency of the coal-bed gas well is greatly improved, the problems of low drainage pump efficiency and no water drainage is effectively solved, and the beneficial technical effects of stable and continuous drainage of the extraction well and continuous and high yield of gas yield are further obtained.)
技术领域
本发明属于煤与煤层气共采技术领域，特别涉及一种煤层气井复合串联排采装置。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，是优质能源和化工原料。对煤炭开采过程中产生的煤层气进行有效利用，在一定程度上能改善我国的能源结构，增加洁净的气体能源，弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足。
以兰州窑街煤电海石湾井田为例，该矿主要瓦斯成分有CO2和CH4。按照浓度的高低和含量的大小排序为CO2>CH4。主力煤层煤二层二氧化碳50％以上，深部扩大区煤层气中CH4浓度有所增大，CO2浓度有所减少。在该矿一采区东部前期三口地面井产气效果较好，最高日产气量达2000余方，产出气体以CO2为主。但是，由于大量CO2会与排采液混合并经抽油管排出，造成泵效降低频繁出现不出水的现象，致使日产气量迅速下降而停机，进而影响地面抽采井排采效果。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种煤层气井复合串联排采装置，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种煤层气井复合串联排采装置，包括井内单元和井口单元；所述井内单元包括生产套管、双层排采套管、引导管、第一泵和第二泵，所述双层排采套管位于所述生产套管的内部，所述生产套管与所述双层排采套管中外层套管之间形成第一环形空间，所述双层排采套管的外层套管和内层套管之间形成第二环形空间；所述第一泵位于所述生产套管的内部并且与所述外层套管的下端连接，所述第一泵的进口与所述第一环形空间的排采液连通；所述引导管的一端与所述第一泵的出口连通，另一端与所述第二环形空间连通，并且所述引导管与所述第二环形空间的连通位置高于所述第二环形空间内部排采液的液面高度；所述第二泵位于所述外层套管的内部，所述第二泵的进口与所述第二环形空间的排采液连通，所述第二泵的出口与所述内层套管连通；所述井口单元包括排气管和排水管，所述排气管与所述第一环形空间和所述第二环形空间连通，所述排水管与所述内层套管连通。
可选的，所述井内单元还包括加热器，并且所述加热器与排采液保持接触。
可选的，所述加热器位于所述第二环形空间并且与所述第二环形空间内部排采液保持接触。
可选的，所述加热器采用加热套管短节，并且与所述外层套管的下部连接。
可选的，所述加热套管短节内设有加热棒。
可选的，所述井口单元设有第一排气管和第二排气管，并且所述第一排气管与所述第一环形空间连通，所述第二排气管与所述第二环形空间连通。
可选的，所述井内单元还包括筛管短节；所述筛管短节位于所述第一环形空间内部排采液的液面位置以上和所述第二环形空间内部排采液的液面位置以上，并且与所述外层套管连接，将所述第一环形空间和所述第二环形空间连通。
可选的，所述第一泵采用潜油隔膜泵。
可选的，所述第二泵采用管式泵，并且还包括抽油杆；所述抽油杆位于所述内层套管的内部，并且一端与所述第二泵连接，另一端伸出所述井口单元。
可选的，所述排气管上设有压力表和/或流量计。
本发明的优点及有益效果是：
在本发明的煤层气井复合串联排采装置中，第一泵和第二泵通过双层排采套管和引导管构成复合串联形式的二级提升系统，利用第一泵构成的第一级提升系统形成对排采液的二次气液分离操作，并使排采液由紊流状态转化为层流状态，提高气液分离效率，之后再由第二泵对层流状态的排采液进行第二级提升输出，从而大大降低排采液中气体的含量，极大改善煤层气井的排水效率，有效解决抽采泵效低及不出水的问题，进而获得抽采井稳定连续抽采及气产量的持续高产的有益技术效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明白。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一实施煤层气井复合串联排采装置中井内单元的结构示意图；
图2为本发明一实施煤层气井复合串联排采装置中井口单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
结合图1和图2所示，本实施例的煤层气井复合串联排采装置，包括位于煤层气井内部的井内单元1和位于煤层气井口位置的井口单元2。
井内单元1包括生产套管11、双层排采套管12、引导管13、第一泵14和第二泵15。生产套管11沿井深方向设置在煤层气井的内部，双层排采套管12则位于生产套管11的内部，在生产套管11与双层排采套管12中外层套管121之间形成第一环形空间31，在双层排采套管12的外层套管121和内层套管122之间形成第二环形空间32。
第一泵14位于生产套管11的内部并且与外层套管121的下端连接，而第一泵14的进口141则与第一环形空间31的排采液连通。引导管13的一端与第一泵14的出口连通，另一端与第二环形空间32连通，并且引导管13与第二环形空间32的连通位置高于第二环形空间32内部排采液的液面高度，从而由第一泵14将位于第一环形空间31的排采液输送至第二环形空间32，形成对排采液扬程提升后的降落过程。第二泵15位于外层套管121的内部，并且第二泵15的进口与第二环形空间32的排采液连通，第二泵15的出口则与内层套管122连通，从而由第二泵15将位于外层套管121的排采液通过内层套管122进行输出。
井口单元2包括排气管21和排水管22。排气管21与第一环形空间31和第二环形空间32连通，用于对第一环形空间31和第二环形空间32内部的CO2和CH4进行排放。排水管22与内层套管122连通，用于对排采液进行引出。
采用本实施例煤层气井复合串联排采装置时，在位于第一环形空间内排采液进行自然气液分离的过程中，借助第一泵将位于第一环形空间的排采液输送至第二环形空间，对排采液在井内进行第一次提升操作，在此过程中使排采液在第二环形空间内形成第二次气液分离，从而使排采液由紊流状态转化为层流状态，之后再借助第二泵对位于第二环形空间的层流状态的排采液进行第二次提升操作并通过内层套管输送至地面。
这样，通过第一泵和第二泵复合串联组成二级提升系统，使气液混合状态的排采液在第一环形空间内进行第一次气液分离，第一级提升系统对排采液提升并经过引导管进入第二环形空间内，使排采液由紊流状态转化为层流状态，排采液在第二环形空间内进行第二次气液分离，之后再对层流状态的排采液进行第二级提升输出，从而大大降低排采液中气体的含量，极大改善煤层气井的排水效率，进而达到抽采井稳定连续抽采及气产量的持续高产有益技术效果。
结合图1所示，在本实施例的煤层气井复合串联排采装置中，井内单元1还设有加热器16。其中，加热器16采用加热套管短节形式，位于第一环形空间31并且与外层套管121的下部连接，形成与第二环形空间32内部排采液的接触，从而形成对第一环形空间31内部排采液和第二环形空间32内部排采液的低温加热效果。
此时，通过设置与第二环形空间内部排采液接触的加热器，利用加热器对排采液进行升温处理，同时提高第一环形空间和第二环形空间内排采液的温度，从而促进排采液内部气体的释放，提高气液分离效率，尤其是提高第二环形空间内排采液的第二次气液分离效率，进一步降低排采液中气体的含量，提升煤层气井的排水效率。
其中，在本实施例中，采用设有加热棒的加热套管短节作为加热器，并且借助电缆进行电加热操作。当然，在其他实施例中，根据不同的实际情况，也可以选用其他形式的加热器对排采液进行升温处理，以达到促进排采液内部气体释放的效果。
结合图1所示，在本实施例的煤层气井复合串联排采装置中，井内单元1还设有筛管短节17。其中，筛管短节17位于第一环形空间31内部排采液的液面位置以上和第二环形空间32内部排采液的液面位置以上，并且与外层套管121连接，从而将第一环形空间31和第二环形空间32连通。
这样，通过筛管短节将第一环形空间和第二环形空间进行连通，就可以使第一环形空间内部气体和第二环形空间内部气体汇合之后统一输出。此时，就可以在井口单元仅设置一个排气管进行气体的引出，从而简化井口单元的结构，降低整个煤层气井复合串联排采装置的结构成本。
当然，在其他实施例中，根据实际需求也可以不设置筛管短节，而通过在井口单元同时设置第一排气管和第二排气管，将第一排气管与第一环形空间连通，第二排气管与第二环形空间连通，从而对第一环形空间内部气体和第二环形空间内部气体进行分别引出。
在本实施例中，第一泵14选用潜水隔膜泵，第二泵15选用常规管式泵，并且还设有抽油杆18。抽油杆18位于内层套管122的内部，并且一端与第二泵15连接，另一端由井口单元2伸出，从而通过抽油杆18驱动第二泵15进行转动，完成对排采液的输出。当然，在其他实施例中，根据施工现场的情况下，第一泵也可以选用其他形式的无杆泵，例如电潜螺杆泵，第二泵则可以选用其他形式的有杆泵，例如螺杆泵。
结合图2所示，本实施例的井口单元2还包括第一四通23、第二四通24和第一三通25。其中，第一四通23中沿竖直方向的一端与生产套管11中延伸至井口的一端连接，第一四通23中沿水平方向的两端与排气管21连通，第二四通24中沿竖直方向的一端穿入第一四通23中沿竖直方向的另一端并与外层套管121连通，第二四通24中沿水平方向的两端处于封闭状态，第一三通25中沿竖直方向的一端穿入第二四通24中沿竖直方向的另一端并与内层套管122连通，第一三通25中沿水平方向的一端与排水管22连通，第一三通25中沿竖直方向的另一端则设有封盖26。抽油杆18则沿竖直方向穿过封盖26伸出。这样，通过与第一四通连接的排气管实现对井内气体的排放，通过与第一三通连接的排水管实现对排采液的输出。
另外，在第一四通23与外层套管121之间还设有第一套管头271和第一套管悬挂器272，以作为第一四通23与外层套管121之间的密封。在第二四通24与内层套管122之间则设有第二套管头273和第二套管悬挂器274，以作为第二四通24与内层套管122之间的密封。当然，在其他实施例中，也可以选用其他形式的密封组件进行第一四通与外层套管之间的密封以及第二四通与内层套管之间的密封。
此外，在本实施例的排气管21上还设有压力表28和流量计29。这样，借助压力表和流量计可以实时监测井内排出气体的数据，以便于生产上对煤层气的储气量进行记录并评估，进而在后续处于相似环境的煤层气时将该数据作为依据，对其储气量进行预估，有助于后续排采工作的展开。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。